异常磁矩

✍ dations ◷ 2025-04-02 14:08:39 #异常磁矩
在量子电动力学中,一个粒子的异常磁矩(英语:anomalous magnetic moment)就是除去该粒子的磁矩(又称磁偶极矩,用于量度磁源的强度)之外,从量子力学而来的额外影响,一般由带圈的费曼图贡献。对应树状费曼图的“狄拉克”磁矩(一般被视为经典结果)可由狄拉克方程求得。一般以g因子(英语:g-factor (physics))表示;狄拉克方程预测g=2。就例如电子的粒子而言,其观测值与经典结果相差约千分之几。这个差就是异常磁矩,以a表示,其定义如下:异常磁矩的单循环修正对应最早且最大的量子力学修正,而电子的异常磁矩单循环修正可由右图顶点函数(英语:Vertex function)的计算所得。这个计算还是相对地直接的,单循环结果为:其中α为精细结构常数。这个结果最早由朱利安·施温格于1948年得出,而这个数也被铭刻在他的墓碑之上。电子异常磁矩的量子电动力学公式系数的计算到2009年已经用到α4,而且已知解析值已逹到α3。量子电动力学的预测值与实验观测值在超过10位有效数字时仍然一致,因此电子异常磁矩是物理学史上确认准确性最高的常数。现时的实验与误差为:根据以上的数值,a的已知准确度大概为十亿分之一(10-9)。要达到这样的准确度,量度g时的准确度需达千亿分之一(10-12)。μ子的异常磁矩计算方式与电子的相近,它的量度可以作为标准模型的精密试验。μ子的异常磁矩预测值包含三个部分:首两个部分分别代表电子和光子循环,以及W及Z玻色子循环,而它们可以通过第一原理的计算准确地得知。第三部分代表强子循环,而这部分不能单独通过理论来准确得知。它需要使用通过量度电子─反电子(e+e-)碰撞时重子转化成μ子所得的实验比值(R(英语:R (cross section ratio)))来估算。实验值与标准模型预测值的不确定度在2006年时超过标准差的3.6倍 ,意味着超越标准模型的物理学可能对此有所影响(或是理论/实验误差并不是完全受到控制)。这是标准模型与实验间其中一项由来已久的差异。布鲁克黑文国家实验室的E831实验研究μ子与反μ子在不变外加磁场下的进动,实验中粒子环绕密闭的贮存环运动 。E821实验对外公布的平均值为其中第一个误差是统计误差,第二个是系统误差。费米国立加速器实验室有一项新的实验,叫“μ子g-2”,他们计划使用E821实验用的磁铁来改进这个数值的准确度。预计会在2016年开始收集数据,同时亦预计运行数年后所得的实验准确值将会为现时的4倍。复合粒子的异常磁矩通常都相当大。由夸克组成且带电荷的质子如此,而带中性电荷的中子也是如此。

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